TWI840855B - 晶圓載置台 - Google Patents

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TWI840855B
TWI840855B TW111124441A TW111124441A TWI840855B TW I840855 B TWI840855 B TW I840855B TW 111124441 A TW111124441 A TW 111124441A TW 111124441 A TW111124441 A TW 111124441A TW I840855 B TWI840855 B TW I840855B
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久野達也
井上靖也
竹林央史
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日商日本碍子股份有限公司
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Abstract

本發明之晶圓載置台10，具備：陶瓷基材20，於頂面具有晶圓載置面22a，內設有電極26；冷卻基材30，於內部形成有冷媒流路38；以及金屬接合層40，將陶瓷基材20之底面與冷卻基材30之頂面接合。冷卻基材30，包括：金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製之頂部基材81，構成冷媒流路38的頂部；陶瓷材料製之附溝基材83，其主成分和陶瓷基材20相同，且於其頂面設置構成冷媒流路38的底部及側壁之流路溝88；以及金屬製之頂部接合層82，將頂部基材81的底面與附溝基材83的頂面接合。

Description

晶圓載置台
本發明係關於晶圓載置台。
過去，已知一種晶圓載置台，其係將埋設有靜電吸附用電極之氧化鋁等的陶瓷基材、及由鋁等金屬構成的冷卻基材，經由樹脂層而接合（例如參考專利文獻1）。依此種晶圓載置台，則可藉由樹脂層，減輕陶瓷基材與冷卻基材之熱膨脹差的影響。亦知一種晶圓載置台，使用金屬接合層取代種樹脂層，將陶瓷基材與具備冷媒流路的冷卻基材接合（例如專利文獻2、3）。金屬接合層，熱傳導率較樹脂層更高，故可實現在藉由高功率電漿處理晶圓之情況所要求的散熱能力。另一方面，金屬接合層，相較於樹脂層，楊氏係數大而應力鬆弛性低，故幾乎無法減輕陶瓷基材與冷卻基材之熱膨脹差的影響。在專利文獻2、3，為了使因熱膨脹差而造成之破損不易發生，而使用和陶瓷基材之熱膨脹係數差小的金屬基複合材料（Metal Matrix Composite, MMC）作為冷卻基材之材料。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平4－287344號公報 專利文獻2：日本特許第5666748號公報 專利文獻3：日本特許第5666749號公報
[本發明所欲解決的問題]
然而，MMC相較於鋁等金屬，價格高昂，具有難加工性且冷媒流路之形成成本亦高，故有晶圓載置台的製造成本變高之情形。此外，雖亦考慮取代MMC，使用和陶瓷基材之熱膨脹係數差小的低熱膨脹金屬材料，但低熱膨脹金屬材料價格亦高昂，具有難加工性且冷媒流路之形成成本亦高，故有晶圓載置台的製造成本變高之情形。
本發明係為了解決此等問題而提出，其主要目的在於使散熱能力高且不易發生破損之晶圓載置台的製造成本降低。 [解決問題之技術手段]
本發明之第1晶圓載置台，具備： 陶瓷基材，於頂面具有晶圓載置面，內設有電極； 冷卻基材，於內部形成有冷媒流路；以及 金屬接合層，將該陶瓷基材之底面與該冷卻基材之頂面接合； 該冷卻基材，包括：金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製之頂部基材，構成該冷媒流路的頂部；陶瓷材料製之附溝基材，於頂面設置構成該冷媒流路的底部及側壁之流路溝，主成分和該陶瓷基材相同；以及金屬製之頂部接合層，將該頂部基材的底面與該附溝基材的頂面接合。
在本發明之第1晶圓載置台，於冷卻基材中的頂部基材，使用MMC或低熱膨脹金屬材料；另一方面，於附溝基材，使用價格較低廉、且可藉由近淨形（near net shape）技術等以較低成本形成流路溝之陶瓷材料。因此，可降低晶圓載置台的製造成本。此外，作為陶瓷基材－頂部基材間、及頂部基材－附溝基材間之接合層，使用熱傳導率高的金屬製接合層，而非熱傳導率低之樹脂層。因此，從晶圓抽取熱的能力（散熱能力）高。進一步，由於構成附溝基材之陶瓷材料的主成分，與構成陶瓷基材之陶瓷材料的主成分相同，故附溝基材，和陶瓷基材之線性熱膨脹係數差的絕對值小。因此，陶瓷基材、頂部基材、及附溝基材，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值小，即便接合層之應力鬆弛性低，仍不易產生妨礙。
另，本說明書中，低熱膨脹金屬材料，係指40～400℃之線性熱膨脹係數為10×10 -6／K以下的金屬材料，宜為9.0×10 -6／K以下，更宜為8.0×10 -6／K以下。此外，本說明書中，將測定40℃與400℃的長度而求出之線性熱膨脹係數，稱作40～400℃之線性熱膨脹係數。此外，本說明書中，主成分，係指占所含的成分全體中之50質量%以上的成分，宜為70質量%以上，更宜為90質量%以上。此外，本說明書中，有使用上下、左右、前後等而說明本發明的情形，但上下、左右、前後，僅為相對的位置關係。因而，在改變晶圓載置台的方向之情況，有上下成為左右、左右成為上下的情形，但此等情況仍包含於本發明之技術範圍。
本發明之第1晶圓載置台中，亦可使構成該頂部基材之金屬基複合材料或低熱膨脹金屬材料、及構成該附溝基材之陶瓷材料，和構成該陶瓷基材之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值為1.5×10 -6／K以下。如此一來，即便接合層之應力鬆弛性低，仍使妨礙更不易產生。
本發明之第1晶圓載置台中，亦可使構成該陶瓷基材之陶瓷材料為氧化鋁，構成該附溝基材之陶瓷材料為純度較構成該陶瓷基材的氧化鋁更低之氧化鋁。如此一來，能夠以更低的成本製造附溝基材。
本發明之第2晶圓載置台，具備： 陶瓷基材，於頂面具有晶圓載置面，內設有電極； 冷卻基材，於內部形成有冷媒流路；以及 金屬接合層，將該陶瓷基材之底面與該冷卻基材之頂面接合； 該冷卻基材，包括：金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製之頂部基材，構成該冷媒流路的頂部；陶瓷材料製之開孔基材，使構成該冷媒流路的側壁之流路孔於上下方向貫通，主成分和該陶瓷基材相同；底部基材，構成該冷媒流路的底部；金屬製之頂部接合層，將該頂部基材的底面與該開孔基材的頂面接合；以及底部接合層，將該開孔基材的底面與該底部基材的頂面接合。
在本發明之第2晶圓載置台，於冷卻基材中的頂部基材，使用MMC或低熱膨脹金屬材料；另一方面，於開孔基材，使用價格較低廉、且可藉由近淨形技術等以較低成本形成流路孔之陶瓷材料。因此，可降低晶圓載置台的製造成本。此外，作為陶瓷基材－頂部基材間、及頂部基材－開孔基材間之接合層，使用熱傳導率高的金屬製接合層，而非熱傳導率低之樹脂層。因此，從晶圓抽取熱的能力（散熱能力）高。進一步，由於構成開孔基材之陶瓷材料的主成分，與構成陶瓷基材之陶瓷材料的主成分相同，故開孔基材，和陶瓷基材之線性熱膨脹係數差的絕對值小。因此，陶瓷基材、頂部基材、及開孔基材，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值小，即便接合層之應力鬆弛性低，仍不易產生妨礙。
本發明之第2晶圓載置台中，亦可使該底部基材為金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製，該底部接合層為金屬製。如此一來，由於構成陶瓷基材的材料與構成底部基材的材料之線性熱膨脹係數差的絕對值小，因而消除陶瓷基材與頂部基材或開孔基材之線性熱膨脹係數差的影響、頂部基材或開孔基材與底部基材之線性熱膨脹係數差的影響，可抑制晶圓載置台10之翹曲或破損。因而，構成頂部基材、開孔基材之材料的自由度升高。此外，由於將開孔基材與底部基材藉由金屬製之接合層接合，故可將開孔基材與底部基材的接合，和陶瓷基材與頂部基材的接合、頂部基材與開孔基材的接合同時施行，可效率良好地製造晶圓載置台。
本發明之第2晶圓載置台中，亦可使構成該頂部基材之金屬基複合材料或低熱膨脹金屬材料、及構成該開孔基材之陶瓷材料，和構成該陶瓷基材之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值為1.5×10 -6／K以下。如此一來，即便接合層之應力鬆弛性低，仍使妨礙更不易產生。
本發明之第2晶圓載置台中，亦可使構成該陶瓷基材之陶瓷材料為氧化鋁，構成該開孔基材之陶瓷材料為純度較構成該陶瓷基材的氧化鋁更低之氧化鋁。如此一來，能夠以更低的成本製造開孔基材。
［第1實施形態］ 參考圖式，並於下方說明本發明之第1實施形態的晶圓載置台10。圖1係設置於腔室94之晶圓載置台10的縱剖面圖（以包含晶圓載置台10的中心軸之面截斷時的剖面圖），圖2係晶圓載置台10的俯視圖，圖3係從上方觀察將晶圓載置台10在附溝基材83之頂面截斷時的剖面之剖面圖。本說明書中表示數值範圍的「～」，係以將其前後方所記載的數值包含作為下限值及上限值之意義而使用。
晶圓載置台10，係為了利用電漿對晶圓W施行CVD或蝕刻等而使用，固定於設置在半導體處理用之腔室94的內部之設置板96。晶圓載置台10，具備陶瓷基材20、冷卻基材30、及金屬接合層40。
陶瓷基材20，於具有圓形的晶圓載置面22a之中央部22的外周，具備具有環狀的對焦環載置面24a的外周部24。以下，有將對焦環簡稱為「FR」之情形。於晶圓載置面22a載置晶圓W，於FR載置面24a載置對焦環78。陶瓷基材20，以由氧化鋁、氮化鋁等為代表之陶瓷材料形成。FR載置面24a，相對於晶圓載置面22a更低一層。
陶瓷基材20之中央部22，於接近晶圓載置面22a側，內設有晶圓吸附用電極26。晶圓吸附用電極26，例如係由含有W、Mo、WC、MoC等的材料形成。晶圓吸附用電極26，為圓板狀或網格狀之單極型的靜電電極。陶瓷基材20中之較晶圓吸附用電極26更上側的層，作為介電材料層而作用。將晶圓吸附用電極26，經由供電端子54而與晶圓吸附用直流電源52連接。供電端子54，設置為通過配置於將冷卻基材30及金屬接合層40在上下方向貫通的貫通孔之絕緣管55，從陶瓷基材20之底面到達晶圓吸附用電極26。於晶圓吸附用直流電源52與晶圓吸附用電極26之間，設置低通濾波器（LPF）53。
冷卻基材30，為較陶瓷基材20更為大徑的圓板構件，具備內周部32與外周部34；內周部32配置有陶瓷基材20，外周部34從陶瓷基材20之外周伸出。冷卻基材30，具備頂部基材81、附溝基材83、及頂部接合層82。冷卻基材30，於內部具備可使冷媒循環的冷媒流路38。冷媒流路38，以遍及配置陶瓷基材20之全域的方式，從入口38a至出口38b呈漩渦狀地設置（圖3）。冷媒流路38的入口38a及出口38b，將附溝基材83在上下方向貫通而於冷媒流路38之底面開口。冷媒流路38的入口38a及出口38b，與未圖示之冷媒冷卻裝置連接；將從出口38b排出之冷媒以冷媒冷卻裝置調整溫度後，使其再度返回入口38a，往冷媒流路38內供給。
頂部基材81，係金屬基複合材料（亦稱作Metal Matrix Composite（MMC））製之圓板構件。頂部基材81，構成冷媒流路38的頂部。頂部基材81所使用之MMC，和陶瓷基材20所使用之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值宜為1.5×10 -6／K以下，更宜為1.0×10 -6／K以下，進一步宜為0.5×10 -6／K以下。作為MMC，可列舉含Si、SiC及Ti之材料，或將Al及／或Si浸漬於SiC多孔質體之材料等。將含Si、SiC及Ti之材料稱作SiSiCTi，將使Al浸漬於SiC多孔質體之材料稱作AlSiC，將使Si浸漬於SiC多孔質體之材料稱作SiSiC。陶瓷基材20為氧化鋁基材的情況，作為頂部基材81所使用之MMC，宜為AlSiC或SiSiCTi等。40～400℃之線性熱膨脹係數，氧化鋁為7.2×10 -6／K，AlSiC（SiC75%）為7.8×10 -6／K，SiSiCTi為7.3×10 -6／K。陶瓷基材20為氮化鋁基材的情況，作為頂部基材81所使用之MMC，宜為AlSiC或SiSiC等。40～400℃之線性熱膨脹係數，氮化鋁為4.6×10 -6／K，AlSiC（SiC85%）為5.6×10 -6／K。頂部基材81，亦與金屬接合層40及金屬製之頂部接合層82一同作為電漿產生用的高頻（RF）電極而作用。供電端子64，設置為通過將附溝基材83及頂部接合層82在上下方向貫通的貫通孔66，到達頂部基材81之底面。在頂部基材81與RF電源62之間，配置高通濾波器（HPF）63。
附溝基材83，係陶瓷材料製之圓板構件。如圖3所示，於附溝基材83之頂面，設置構成冷媒流路38之底部及側壁的流路溝88。附溝基材83所使用之陶瓷材料，主成分和陶瓷基材20所使用之陶瓷材料相同。主成分，係指占所含的成分全體中之50質量%以上的成分，宜為70質量%以上，更宜為90質量%以上。主成分相同之陶瓷材料，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值小。構成附溝基材83之陶瓷材料，亦可為主成分和構成陶瓷基材20之陶瓷材料相同而純度低的材料。例如，於陶瓷基材20，從改善作為介電材料層的電氣特性之觀點來看，可使用純度高的氧化鋁（例如氧化鋁99%以上）；於附溝基材83，從改善韌性等機械特性、降低成本之觀點來看，可使用純度低的氧化鋁（例如氧化鋁95%）。純度低的材料，相較於純度高的材料，亦可使其含有大量SiO2等玻璃質。附溝基材83所使用之陶瓷材料，和陶瓷基材20所使用之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值宜為1.5×10 -6／K以下，更宜為1.0×10 -6／K以下，進一步宜為0.5×10 -6／K以下。附溝基材83所使用之陶瓷材料，和頂部基材81所使用之MMC的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值宜為1.5×10 -6／K以下，更宜為1.0×10 -6／K以下，進一步宜為0.5×10 -6／K以下。
頂部接合層82，係將頂部基材81之底面與附溝基材83之頂面接合的金屬製接合層。頂部接合層82，例如亦可為以銲料或硬焊金屬形成的層。頂部接合層82，例如藉由TCB（Thermal compression bonding, 熱壓接合）形成。TCB，係指將金屬接合材夾入作為接合對象的2個構件之間，在加熱至金屬接合材的固相線溫度以下之溫度的狀態下將2個構件加壓接合之公知方法。頂部接合層82的材質，亦可與金屬接合層40的材質相同。
金屬接合層40，將陶瓷基材20之底面與冷卻基材30之頂面接合。金屬接合層40，例如亦可為以銲料或硬焊金屬形成的層。金屬接合層40，例如藉由TCB形成。
將陶瓷基材20之外周部24的側面、金屬接合層40的外周、及冷卻基材30的側面，以絕緣膜42被覆。作為絕緣膜42，例如可列舉氧化鋁或氧化釔等之噴敷膜。
此一晶圓載置台10，利用夾持構件70安裝在設置於腔室94之內部的設置板96。夾持構件70，係剖面呈略倒L字形的環狀構件，具有內周段差面70a。晶圓載置台10與設置板96，藉由夾持構件70而一體化。在將夾持構件70的內周段差面70a載置於晶圓載置台10的冷卻基材30之外周部34的狀態下，從夾持構件70之頂面將螺栓72插入而螺合至設置於設置板96之頂面的螺孔。螺栓72，安裝在沿著夾持構件70之周向等間隔地設置的複數處（例如8處或12處）。夾持構件70與螺栓72，可藉由絕緣材料製作，亦可藉由導電材料（金屬等）製作。
接著，利用圖4，說明晶圓載置台10的製造例。圖4係晶圓載置台10的製造步驟圖。首先，將陶瓷粉末之成形體熱壓煅燒，藉以製作成為陶瓷基材20之基底的圓板狀之陶瓷燒結體120（圖4A）。陶瓷燒結體120，內設有晶圓吸附用電極26。接著，從陶瓷燒結體120之底面將孔27開孔至晶圓吸附用電極26（圖4B），將供電端子54插入此孔27，將供電端子54與晶圓吸附用電極26接合（圖4C）。
與此並行，製作MMC圓板構件181、及在頂面形成有流路溝88的陶瓷材料製之附溝圓板構件183（圖4D）。而後，於MMC圓板構件181形成貫通上下方向的貫通孔131，於附溝圓板構件183形成貫通上下方向的貫通孔132與66、及貫通上下方向而於流路溝88之底面開口的入口38a與出口38b，將供電端子64接合至MMC圓板構件181之底面中的和貫通孔66相對向之位置（圖4E）。陶瓷燒結體120為氧化鋁製之情況，MMC圓板構件181宜為SiSiCTi製或AlSiC製。此係因氧化鋁之熱膨脹係數，和SiSiCTi或AlSiC之熱膨脹係數大致相同的緣故。此外，陶瓷燒結體120為氧化鋁製之情況，附溝圓板構件183宜以純度較陶瓷燒結體120更低的氧化鋁製造。附溝圓板構件183，例如可藉由近淨形（near net shape）技術製作。
SiSiCTi製之圓板構件，例如可如同下述地製作。首先，將碳化矽、金屬Si、金屬Ti混合，製作粉體混合物。接著，將獲得之粉體混合物，藉由單軸加壓成形而製作圓板狀的成形體，將此成形體在惰性氣體環境下熱壓燒結，藉以獲得SiSiCTi製之圓板構件。
利用近淨形技術製作附溝圓板構件183的情況，例如可如同下述地製作。亦即，將煅燒後成為如附溝基材83之形狀般的既定形狀之成形體，疊層複數片陶瓷生坯片而製作，藉由將此成形體常壓煅燒，而可獲得附溝基材83。另，成形體，可藉由模鑄法製作，亦可藉由利用立體光刻造型等之3D列印而製作。此外，亦可在製作出無溝之圓板成形體後，藉由切削等形成和流路溝88對應的溝，藉以製作成形體。
接著，於MMC圓板構件181之頂面及附溝圓板構件183之頂面，分別配置金屬接合材。於各金屬接合材，先設置必要的貫通孔。而後，將MMC圓板構件181之供電端子64插入至附溝圓板構件183的貫通孔66，將MMC圓板構件181載置於配置在附溝圓板構件183之頂面的金屬接合材上。進一步，將陶瓷燒結體120之供電端子54，插入至MMC圓板構件181的貫通孔131及附溝圓板構件183的貫通孔132，將陶瓷燒結體120載置於配置在MMC圓板構件181之頂面的金屬接合材上。藉此，獲得從下方起依序將附溝圓板構件183、金屬接合材、MMC圓板構件181、金屬接合材、及陶瓷燒結體120疊層的疊層體。藉由將此疊層體加熱並加壓（TCB），而獲得接合體110（圖4F）。接合體110，係經由金屬接合層140，將陶瓷燒結體120接合至成為冷卻基材30之基底的MMC／陶瓷塊130之頂面的元件。MMC／陶瓷塊130，係經由金屬製之頂部接合層182而將MMC圓板構件181與附溝圓板構件183接合的元件。MMC／陶瓷塊130，於內部具有冷媒流路38。
TCB，例如如同下述地施行。亦即，以金屬接合材之固相線溫度以下（例如，從固相線溫度減去20℃之溫度以上、固相線溫度以下）的溫度將疊層體加壓接合，其後回到室溫。藉此，使金屬接合材成為金屬接合層。作為此時之金屬接合材，可使用Al－Mg系接合材或Al－Si－Mg系接合材。例如，使用Al－Si－Mg系接合材施行TCB的情況，以在真空氣體環境下加熱之狀態將疊層體加壓。金屬接合材，宜使用厚度為100μm左右者。
而後，將陶瓷燒結體120之外周切削而形成段差，藉以成為具備中央部22與外周部24的陶瓷基材20。此外，因應必要而切削金屬接合層140及MMC／陶瓷塊130之外周，藉以成為金屬接合層40及冷卻基材30。此時，使冷卻基材30之外周部34，從陶瓷基材20之外周伸出。此外，於貫通孔131與132、金屬接合層40的孔、及頂部接合層82的孔，配置供電端子54所貫穿之絕緣管55。進一步，將陶瓷基材20之外周部24的側面、金屬接合層40的周圍、及冷卻基材30的側面，使用陶瓷粉末而噴敷，藉以形成絕緣膜42（圖4G）。藉此，獲得晶圓載置台10。
接著，利用圖1，針對晶圓載置台10的使用例予以說明。於腔室94之設置板96，如同上述地藉由夾持構件70固定晶圓載置台10。於腔室94之頂棚面，配置將處裡氣體從多個氣體噴射孔往腔室94之內部釋出的沖淋頭98。
於晶圓載置台10的FR載置面24a載置對焦環78，於晶圓載置面22a載置圓盤狀之晶圓W。對焦環78，以不與晶圓W干涉的方式沿著上端部之內周具有段差。在此一狀態下，對晶圓吸附用電極26施加晶圓吸附用直流電源52之直流電壓，將晶圓W吸附於晶圓載置面22a。而後，將腔室94之內部設定成為既定的真空氣體環境（或減壓氣體環境），從沖淋頭98供給處裡氣體，並對頂部基材81施加來自RF電源62之RF電壓。如此一來，則在晶圓W與沖淋頭98之間產生電漿。而後，利用此電漿對晶圓W施行CVD成膜、蝕刻。另，伴隨晶圓W之電漿處理，對焦環78亦有所消耗，但對焦環78相較於晶圓W更厚，故對焦環78的更換，係在處理複數片晶圓W後施行。
以上說明的第1實施形態之晶圓載置台10，於冷卻基材30中的頂部基材81，使用MMC；另一方面，於附溝基材83，使用價格較低廉、且可藉由近淨形技術等以較低成本形成流路溝88之陶瓷材料。因此，可降低晶圓載置台的製造成本。此外，作為陶瓷基材20－頂部基材81間、及頂部基材81－附溝基材83間之接合層，使用熱傳導率高的金屬製接合層，而非熱傳導率低之樹脂層。因此，散熱能力高。進一步，由於構成附溝基材83之陶瓷材料的主成分，與構成陶瓷基材20之陶瓷材料的主成分相同，故附溝基材83、和陶瓷基材20之線性熱膨脹係數差的絕對值小。因此，陶瓷基材20、頂部基材81、及附溝基材83，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值小，即便接合層之應力鬆弛性低，仍不易產生妨礙。
此外，於冷卻基材30中的配置在以高功率電漿處理晶圓W時容易產生熱應力之部分（較冷媒流路38更為上側之部分）的頂部基材81，使用靭性較陶瓷材料更高之MMC，故即便產生熱應力，晶圓載置台10仍不易破損。
進一步，由於MMC具有導電性，故亦可將頂部基材81作為RF電極使用，不必另行準備RF電極。此外，金屬接合層40、頂部接合層82為金屬製，故亦可將其等作為RF電極使用。
於此晶圓載置台10中，若使構成陶瓷基材20之陶瓷材料、構成頂部基材81之MMC、及構成附溝基材83之陶瓷材料，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值全部為1.5×10 -6／K以下，則即便接合層之應力鬆弛性低，仍使妨礙更不易產生。
此外，若構成陶瓷基材20之陶瓷材料與構成附溝基材83之陶瓷材料之線性熱膨脹係數差的絕對值小，則消除陶瓷基材20與頂部基材81之線性熱膨脹係數差的影響、頂部基材81與附溝基材83之線性熱膨脹係數差的影響，可抑制晶圓載置台10之翹曲或破損。因而，構成頂部基材81之材料的自由度升高。
［第2實施形態］ 參考圖式，並於下方說明本發明之第2實施形態的晶圓載置台210。圖5係晶圓載置台210的縱剖面圖。在圖5，對於與上述第1實施形態相同之構成要素，給予相同符號。
晶圓載置台210，與晶圓載置台10同樣地使用。晶圓載置台210，具備陶瓷基材20、冷卻基材230、及金屬接合層40。
冷卻基材230，為較陶瓷基材20更為大徑的圓板構件。冷卻基材230，具備頂部基材81、開孔基材283、底部基材285、頂部接合層82、及底部接合層284。冷卻基材230，於內部具備可使冷媒循環的冷媒流路38。冷媒流路38的入口38a及出口38b，將底部基材285在上下方向貫通而於冷媒流路38之底面開口。
開孔基材283，係陶瓷材料製之圓板構件。於開孔基材283，使構成冷媒流路38的側壁之流路孔288於上下方向貫通。開孔基材283所使用之陶瓷材料的細節，與附溝基材83所使用之陶瓷材料相同。開孔基材283，亦可利用近淨形技術製作。
底部基材285，係MMC製之圓板構件。底部基材285，構成冷媒流路38的底部。底部基材285所使用之MMC的細節，與頂部基材81所使用之MMC相同。底部基材285所使用之MMC，主成分宜與頂部基材81所使用之MMC相同，但亦可使主成分不同。底部基材285所使用之MMC，亦可與頂部基材81所使用之MMC為相同材質。底部基材285所使用之MMC，和陶瓷基材20所使用之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值宜為1.5×10 -6／K以下，更宜為1.0×10 -6／K以下，進一步宜為0.5×10 -6／K以下。
底部接合層284，係將開孔基材283之底面與底部基材285之頂面接合的金屬製接合層。底部接合層284，例如亦可為以銲料或硬焊金屬形成的層。底部接合層284，例如藉由TCB形成。底部接合層284的材質，亦可與金屬接合層40及頂部接合層82中之至少一方的材質相同。
此一晶圓載置台210，例如可如同以下所示地根據圖4之晶圓載置台10的製造例而製作。圖4A～圖4C之步驟，與晶圓載置台10的製造例相同。在圖4D之步驟，取代MMC圓板構件181與附溝圓板構件183的製作，而製作頂部用MMC圓板構件、陶瓷材料製之開孔圓板構件、及底部用MMC圓板構件。2個MMC圓板構件，根據MMC圓板構件181而製作；開孔圓板構件，根據附溝圓板構件183而製作。其後，根據圖4E之步驟，於2個MMC圓板構件及開孔圓板構件分別形成貫通孔。接著，根據圖4F之步驟，製作從下方起依序將底部用MMC圓板構件、金屬接合材、開孔圓板構件、金屬接合材、頂部用MMC圓板構件、金屬接合材、及陶瓷燒結體疊層之疊層體，藉由TCB將此疊層體接合，製作接合體。最後，根據圖4G之步驟，施行切削加工，配置絕緣管55，形成絕緣膜42。藉此，獲得晶圓載置台210。
以上說明的第2實施形態之晶圓載置台210，於冷卻基材230中的頂部基材81，使用MMC；另一方面，於開孔基材283，使用價格較低廉、且可藉由近淨形技術等以較低成本形成流路孔288之陶瓷材料。因此，可降低晶圓載置台的製造成本。此外，作為陶瓷基材20－頂部基材81間、及頂部基材81－開孔基材283間之接合層，使用熱傳導率高的金屬製接合層，而非熱傳導率低之樹脂層。因此，散熱能力高。進一步，由於構成開孔基材283之陶瓷材料的主成分，與構成陶瓷基材20之陶瓷材料的主成分相同，故開孔基材283、和陶瓷基材20之線性熱膨脹係數差的絕對值小。因此，陶瓷基材20、頂部基材81、及開孔基材283，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值小，即便接合層之應力鬆弛性低，仍不易產生妨礙。
此外，於冷卻基材230中的配置在以高功率電漿處理晶圓W時容易產生熱應力之部分的頂部基材81，使用靭性較陶瓷材料更高之MMC，故即便產生熱應力，晶圓載置台210仍不易破損。
進一步，由於MMC具有導電性，故亦可將頂部基材81作為RF電極使用，不必另行準備RF電極。此外，金屬接合層40、頂部接合層82、底部接合層284為金屬製，故亦可將其等作為RF電極使用。另，亦可將MMC製之底部基材285作為RF電極使用。
進一步，此外，底部基材285為MMC製，和構成陶瓷基材20之陶瓷材料之線性熱膨脹係數差的絕對值小，故消除陶瓷基材20與頂部基材81或開孔基材283之線性熱膨脹係數差的影響、頂部基材81或開孔基材283與底部基材285之線性熱膨脹係數差的影響，可抑制晶圓載置台210之翹曲或破損。因而，構成頂部基材81、開孔基材283之材料的自由度升高。
而由於將開孔基材283與底部基材285藉由金屬製之底部接合層284接合，故可將開孔基材283與底部基材285的接合，和陶瓷基材20與頂部基材81的接合、頂部基材81與開孔基材283的接合同時施行，可效率良好地製造晶圓載置台210。
另，底部基材285，對散熱能力的影響小，故亦可藉由樹脂層等而接合。因而，底部基材285，亦可不為MMC製，例如亦可為線性熱膨脹係數較大之高熱膨脹金屬製（例如鋁製），或亦可為陶瓷製，或亦可為樹脂製。此外，底部接合層284，亦可不為金屬製，例如亦可為樹脂製。
於此晶圓載置台210中，若使構成陶瓷基材20之陶瓷材料、構成頂部基材81之MMC、及構成開孔基材283之陶瓷材料，彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值全部為1.5×10 -6／K以下，則即便接合層之應力鬆弛性低，仍使妨礙更不易產生。進一步，若使構成底部基材285之MMC，和其等各自彼此之線性熱膨脹係數差的絕對值全部為1.5×10 -6／K以下，則即便接合層之應力鬆弛性低，仍使妨礙進一步更不易產生。
另，本發明並未受到上述實施形態之任何限定，自然，只要屬於本發明之技術範圍，則可藉由各種態樣實施。
例如，於第1實施形態之晶圓載置台10中，以從冷卻基材30的底面起到達晶圓載置面22a之方式設置貫通晶圓載置台10的孔亦可。作為此孔，可列舉用於往晶圓W之背面供給熱傳導氣體（例如He氣體）的氣體供給孔、供使晶圓W對晶圓載置面22a的上下之升降銷貫穿的升降銷孔等。熱傳導氣體，往藉由設置於晶圓載置面22a的未圖示之多個小突起（支持晶圓W）與晶圓W形成的空間供給。升降銷孔，在例如以3根升降銷支持晶圓W的情況，設置於3處。亦可與第2實施形態之晶圓載置台210同樣地，設置氣體供給孔、升降銷孔等。
上述第1實施形態之晶圓載置台10中，冷卻基材30為不具有段差的圓板構件，但亦可如圖6所示，成為使外周部34之頂面相對於內周部32之頂面更低一層，具有段差的圓板構件。另，在圖6，於附溝基材83之外周設置段差，但段差的位置並無特別限定，亦可於頂部基材81之外周設置段差。第2實施形態之晶圓載置台210亦相同，亦可於頂部基材81、開孔基材283及底部基材285中的一者以上之外周，設置段差。
上述第1實施形態之晶圓載置台10中，頂部基材81為MMC製，但亦可為低熱膨脹金屬材料製。此一情況，低熱膨脹金屬材料，與MMC同樣地，宜為靭性高、具有導電性者。此外，低熱膨脹金屬材料，和陶瓷基材20所使用之陶瓷材料的40～400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值宜為1.5×10 -6／K以下。作為低熱膨脹金屬材料，可列舉鉬、鎢等。低熱膨脹金屬材料製之頂部基材，例如在陶瓷基材20為氮化鋁基材的情況，亦可使其為鉬基材。40～400℃之線性熱膨脹係數，氮化鋁為4.6×10 -6／K，鉬為5.6×10 -6／K。第2實施形態之晶圓載置台210亦相同，亦可使頂部基材81為低熱膨脹金屬材料製。此一情況，亦可使底部基材285亦為低熱膨脹金屬材料製。此外，於第2實施形態之晶圓載置台210中，亦可使頂部基材81及底部基材285中的一方為MMC製，使另一方為低熱膨脹金屬材料製。
上述第1及第2實施形態中，於陶瓷基材20之中央部22內設有晶圓吸附用電極26，但亦可取代其或進一步內建電漿產生用的RF電極。此一情況，於RF電極而非頂部基材81連接高頻電源。此外，亦可於陶瓷基材20之外周部24內建對焦環（FR）吸附用電極。此一情況，於FR吸附用電極連接直流電源。此外，陶瓷基材20，亦可內建加熱器電極（電阻發熱體）。此一情況，於加熱器電極連接加熱器電源。如此地，陶瓷基材20，可內建1層電極，亦可內建2層以上。
上述第1及第2實施形態中，將冷媒流路38從入口38a至出口38b呈漩渦狀地設置，但冷媒流路38的平面形狀並無特別限定。此外，亦可設置複數條冷媒流路38。此外，雖使冷媒流路38的剖面呈矩形，但冷媒流路38的剖面形狀並無特別限定。例如，冷媒流路38的剖面中之上側的角部，亦可成為R面。如此一來，可防止以冷媒流路的剖面中之上側的角部為起點而產生裂縫。此一情況，亦可於頂部基材81設置R面。
上述第1實施形態中，圖4A之陶瓷燒結體120，係藉由將陶瓷粉末的成形體熱壓煅燒而製作，但此時的成形體，亦可將膠帶成形體疊層複數片而製作，或亦可藉由模鑄法製作，亦可藉由將陶瓷粉末壓實而製作。在第2實施形態亦相同。
上述第1實施形態，在製作出形成有流路溝88的附溝圓板構件183後，形成貫通孔132與66、及入口38a與出口38b，但亦可利用近淨形技術製作具有貫通孔132與66、及入口38a與出口38b的附溝圓板構件183。在第2實施形態亦相同。
本申請案，係將在2021年10月8日於日本提出申請之日本特許出願第2021－166081號作為優先權主張的基礎，將其全部內容援用至此而包含於本說明書。
10:晶圓載置台 20:陶瓷基材 22:中央部 22a:晶圓載置面 24:外周部 24a:FR載置面(對焦環載置面) 26:電極 27:孔 30:冷卻基材 32:內周部 34:外周部 38:冷媒流路 38a:入口 38b:出口 40,140:金屬接合層 42:絕緣膜 52:直流電源 53:低通濾波器(LPF) 54:供電端子 55:絕緣管 62:RF電源 63:高通濾波器(HPF) 64:供電端子 66,131,132:貫通孔 70:夾持構件 70a:內周段差面 72:螺栓 78:對焦環 81:頂部基材 82:頂部接合層 83:附溝基材 88:流路溝 94:腔室 96:設置板 98:沖淋頭 110:接合體 120:陶瓷燒結體 130:陶瓷塊 181:MMC(Metal Matrix Composite,金屬基複合材料)圓板構件 182:頂部接合層 183:附溝圓板構件 210:晶圓載置台 230:冷卻基材 283:開孔基材 284:底部接合層 285:底部基材 288:流路孔 W:晶圓
圖1係設置於腔室94之晶圓載置台10的縱剖面圖。 圖2係晶圓載置台10的俯視圖。 圖3係從上方觀察將晶圓載置台10在附溝基材83之頂面截斷時的剖面之剖面圖。 圖4A~G係晶圓載置台10的製造步驟圖。 圖5係晶圓載置台210的縱剖面圖。 圖6係晶圓載置台10之另一實施形態的縱剖面圖。
10:晶圓載置台
20:陶瓷基材
22:中央部
22a:晶圓載置面
24:外周部
24a:FR載置面(對焦環載置面)
26:電極
30:冷卻基材
32:內周部
34:外周部
38:冷媒流路
38a:入口
38b:出口
40:金屬接合層
42:絕緣膜
52:直流電源
53:低通濾波器(LPF)
54:供電端子
55:絕緣管
62:RF電源
63:高通濾波器(HPF)
64:供電端子
66:貫通孔
70:夾持構件
70a:內周段差面
72:螺栓
78:對焦環
81:頂部基材
82:頂部接合層
83:附溝基材
88:流路溝
94:腔室
96:設置板
98:沖淋頭
W:晶圓

Claims (7)

  1. 一種晶圓載置台，包含：陶瓷基材，於頂面具有晶圓載置面，內設有電極；冷卻基材，於內部形成有冷媒流路；以及金屬接合層，將該陶瓷基材之底面與該冷卻基材之頂面接合；該冷卻基材，包括：金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製之頂部基材，構成該冷媒流路的頂部，且該頂部基材之底面與該冷媒流路係直接或透過一頂部接合層而接觸；陶瓷材料製之附溝基材，其主成分和該陶瓷基材相同，且其於頂面設置構成該冷媒流路的底部及側壁之流路溝；以及金屬製之該頂部接合層，將該頂部基材的底面與該附溝基材的頂面接合。
  2. 如請求項1之晶圓載置台，其中，構成該頂部基材之金屬基複合材料或低熱膨脹金屬材料、及構成該附溝基材之陶瓷材料，和構成該陶瓷基材之陶瓷材料的40~400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值為1.5×10-6/K以下。
  3. 如請求項1或2之晶圓載置台，其中，構成該陶瓷基材之陶瓷材料為氧化鋁，構成該附溝基材之陶瓷材料為純度較構成該陶瓷基材的氧化鋁更低之氧化鋁。
  4. 一種晶圓載置台，包含： 陶瓷基材，於頂面具有晶圓載置面，內設有電極；冷卻基材，於內部形成有冷媒流路；以及金屬接合層，將該陶瓷基材之底面與該冷卻基材之頂面接合；該冷卻基材，包括：金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製之頂部基材，構成該冷媒流路的頂部，且該頂部基材之底面與該冷媒流路係直接或透過一頂部接合層而接觸；陶瓷材料製之開孔基材，其構成該冷媒流路的側壁之流路孔於上下方向貫通，且其主成分和該陶瓷基材相同；底部基材，構成該冷媒流路的底部；金屬製之該頂部接合層，將該頂部基材的底面與該開孔基材的頂面接合；以及底部接合層，將該開孔基材的底面與該底部基材的頂面接合。
  5. 如請求項4之晶圓載置台，其中，該底部基材為金屬基複合材料製或低熱膨脹金屬材料製，該底部接合層為金屬製。
  6. 如請求項4或5之晶圓載置台，其中，構成該頂部基材之金屬基複合材料或低熱膨脹金屬材料、及構成該開孔基材之陶瓷材料，和構成該陶瓷基材之陶瓷材料的40~400℃之線性熱膨脹係數差的絕對值為1.5×10-6/K以下。
  7. 如請求項4或5之晶圓載置台，其中，構成該陶瓷基材之陶瓷材料為氧化鋁，構成該開孔基材之陶瓷材料為純度較構成該陶瓷基材的氧化鋁更低之氧化鋁。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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